El presente trabajo consiste en el diseño de un sistema de extracción de gases de combustión bajo condiciones controladas (velocidad y temperatura), con la finalidad de acondicionar los gases de combustión de la quema de la leña, bosta y yareta para la identificación y cuantificación de las emisiones según normas internacionales. Este sistema se instalará en el Laboratorio de Energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú. El diseño de este sistema de extracción se basa en el método 5G de la Agencia del Medio Ambiente de los Estados Unidos de Norteamérica (EPA), que se centra en los procedimientos para la medición del material particulado de estufas estáticas. Esto se complementa con las recomendaciones la Sociedad Americana Gubernamental de la Industria Higiénica (ACGIH), Asociación Americana de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE), Asociación Nacional de Contratistas de Fabricación en Láminas de Metal para Aire Acondicionado (SMACNA), entre otros. Las condiciones nominales de operación del sistema son las siguientes: capacidad de extracción de la mezcla de gases (aire con gases de combustión) 0,27m3/s, temperatura de la mezcla de gases al ingreso del sistema es de 76°C. Estas condiciones se alcanzan cuando en la estufa estática se quema 4.7 kg/hr de combustible (leña). El sistema de extracción cuenta con tres zonas: (i) zona inicial, (ii) zona de estabilización, y (iii) zona de medición. Cada una de ellas cumple con una tarea predeterminada para llevar a cabo el proceso de medición. Las dimensiones de los ductos y accesorios (longitud y diámetro) se estimaron en base a la velocidad recomendada de operación considerando el flujo de extracción de gases obtenido. Los diámetros de los ductos y sus longitudes se encuentran entre 150 mm a 300 mm, y 250 mm a 3030 mm, respectivamente. Así mismo las dimensiones de las chimeneas se obtuvieron después de analizar las condiciones externas (edificaciones contiguas) al Laboratorio de Energía, siendo la altura obtenida de 21,5m. Esta altura garantizaría la correcta dispersión al medio ambiente de los gases de combustión, evitando así la contaminación de los edificios con estos mismos. Sin embargo obtener esta altura no será posible debido a las condiciones en la infraestructura del Laboratorio. Se calcularon las pérdidas de presión en la zona de medición, logrando obtener una caída de presión de 66,59mmH2O, este procedimiento se realizó para realizar la selección del ventilador a usar en esta zona con la finalidad de obtener un control permanente sobre la velocidad del flujo de gases en el interior del sistema de extracción. Finalmente se realizó un cuadro comparativo para las dos propuestas económicas presentadas por las empresas Tecnitemp EIRL e Ingeniería Industrial Arana EIRL para la fabricación del sistema de extracción, siendo la empresa Ingeniería Industrial Arana la que ofrece una mejor propuesta económica para realizar este trabajo.

Los objetivos de esta investigación han sido adaptar un algoritmo basado en procesos iterativos de búsqueda de elevaciones mínimas a partir de datos LiDAR para el cálculo de un MDE en zonas de montaña mediterránea, y desarrollar modelos para la estimación de parámetros de la vegetación arbustiva tanto en parcelas como en subparcelas. Para el cálculo del MDE, se estudiaron tres parámetros: tamaño de las ventanas de búsqueda, umbrales de alturas y el formato de los datos de entrada. Para la estimación de la altura, la biomasa y el volumen de la vegetación arbustiva se calcularon diferentes estadísticos a partir de los datos LiDAR y de una imagen espectral. El mejor resultado en el cálculo del MDE se obtuvo tras utilizar ventanas de 10, 5 y 2,5 m, umbrales a partir de 1,5 m y el formato imagen como datos de partida, siendo el RMSE, 0,19 m. En cuanto a la vegetación arbustiva, los modelos de predicción de altura, biomasa y volumen presentaron mayores coeficientes de determinación al considerar como unidad de estudio la parcela, siendo los valores de R2 de 0,73, 0,77 y 0,84, respectivamente. Los resultados muestran el potencial de los datos LiDAR para caracterizar la estructura de la vegetación arbustiva permitiendo estimar y realizar mapas de la biomasa para un mejor conocimiento y gestión de este tipo de vegetación frecuente en las áreas mediterráneas. / Estornell Cremades, J. (2011). Análisis de los factores que influyen en la precisión de un MDE y estimación de parámetros forestales en zonas arbustivas de montaña mediante datos LiDAR [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11517

La necesidad de fomentar el desarrollo de energías renovables forma parte de una estrategia política y comunitaria que debe tener en cuenta las materias relacionadas con el medio ambiente, crecimiento, competitividad y empleo, competencia, investigación, desarrollo tecnológico y demostración, así como en el ámbito de la política agraria y de desarrollo rural. Es por ello que, en las últimas décadas, se empezó a dar un papel importante a estas energías como alternativa energética a las fuentes tradicionales, poniendo latente la necesidad de la búsqueda de nuevas herramientas y técnicas que puedan dar respuesta a conceptos tan importantes como la planificación energética de un territorio. De este modo, se comenzó un proceso de integración de las energías renovables mediante diversas actuaciones políticas a nivel mundial (Protocolo de Kyoto), siendo necesario además llevar a cabo iniciativas energéticas locales. En este contexto, la utilización de la biomasa con fines energéticos ofrece múltiples ventajas con respecto a las fuentes de energía convencionales, así como en relación con otras fuentes de energía renovables, en particular unos costes relativamente bajos, una menor dependencia de las alteraciones climáticas a corto plazo, el fomento de las estructuras económicas regionales y la creación de fuentes de ingresos alternativas. Entre los principales beneficios destacaríamos reducir la dependencia de los combustibles fósiles, disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero y estimular la actividad económica en zonas rurales (Comisión de las Comunidades Europeas 2005). En este trabajo se presentan diferentes metodologías y estrategias para impulsar el desarrollo del aprovechamiento de la biomasa procedente de residuos agrícolas y forestales, incluyendo los distintos y numerosos elementos implicados en la utilización de la biomasa como fuente energética: recursos disponibles y tipología, logística para su recogida y distribución, restricciones medioambientales y sociales, transporte, almacenamiento, costes, pre-tratamientos, demanda potencial, etc. / Perpiñá Castillo, C. (2012). Metodologías para la ubicación de plantas de biomasa mediante modelos de localización basados en programación lineal y evaluación multicriterio en el entorno de los Sistemas de Información Geográfica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14721

En este trabajo de tesis doctoral, se realiza un estudio comparativo teórico y experimental entre dos tipos de tecnologías de gasificación de biomasa, determinando su viabilidad técnica, económica y ambiental para la producción de energía eléctrica en aplicaciones de baja potencia (inferiores a 100 kW). Los tipos de tecnologías seleccionadas están entre los de mayor interés en el campo de la gasificación de biomasa: lecho fijo downdraft y lecho fluido burbujeante. La mayoría de los resultados presentados en este trabajo, comparando las dos tecnologías, fueron obtenidos de manera experimental. Aunque más costosos, los experimentos proporcionan datos de diseño más fiables que los que se pueden obtener a través de la modelización o simulación, esto sin tener en cuenta que las reacciones que se llevan a cabo en el reactor son complejas y difíciles de modelar, sobretodo en la fase de conversión de sólido a gas, además, la mayoría de los modelos se enfocan en la producción y composición del gas sin tener en cuenta tanto la generación de alquitranes y residuos sólidos como su separación del gas, tan esenciales como el propio proceso de generación del gas. Todos estos hechos han obligado a centrar el estudio comparativo en la verificación experimental del comportamiento de ambos tipos de gasificadores, para lo cual se diseñó, construyó y puso en operación un prototipo con una potencia eléctrica del orden de 10 kW para cada una de las dos configuraciones a estudiar. También se aborda en el presente trabajo el problema de limpieza del gas y la separación de los residuos, especialmente alquitranes, generados en el proceso de gasificación. Para cada uno de los dos tipos de tecnologías estudiadas se ha definido y probado un tipo de sistema de limpieza de gases diferente, utilizando en ambos casos lavadores húmedos de gases y filtrado por medio de astillas, aunque con modos de operación diferentes. El estudio experimental permitió determinar la configuración óptima con la cual se obtiene un gas adecuado para ser quemado en un motor de combustión interna, éste es uno de los problemas más importantes a considerar en una planta de gasificación, debido al coste y el consumo de energía adicional que conllevan estos sistemas. En el aspecto de viabilidad económica se determinó, a partir de los gastos de construcción de los prototipos, que las plantas de generación de energía mediante la gasificación de biomasa con potencias inferiores a 50 kW no son económicamente rentables en España, salvo en condiciones muy restrictivas de bajo coste de la biomasa (inferior a 0,03 ¿/kg) y/o elevada subvención que permitiese un precio de venta superior a 0,2 ¿/kWh. Descartando la conexión a red de una planta de gasificación de baja potencia, se consideró su utilización en zonas no interconectadas, comparando los costes de generación de energía en dicha planta con los de las plantas que operan con gas natural o gasoil, se ha determinado que es más rentable la planta de gasificación, por lo tanto sería una alternativa para la generación de energía eléctrica en zonas rurales donde es costoso llevarla utilizando los métodos convencionales. / Vargas Salgado, CA. (2012). Estudio comparativo de la utilización de las tecnologías de gasificación Downdraft y lecho fluidizado burbujeante para la generación de energía eléctrica en aplicaciones de baja potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16379

La biomasa leñosa como recurso material o bioenergético varía principalmente según especie, condiciones ambientales que influyen en su producción y dispersión en el territorio. La estimación de la disponibilidad y aptitud de este recurso es hoy en día crucial para el desarrollo sostenible del sector agroforestal y, en concreto, de la cadena de valor monte-industria-consumo. Debido a la dispersión de esta fuente de materia prima en el territorio y a los altos costes logísticos que ello implica, el desarrollo de sistemas de valor en base a la biomasa de origen forestal y/o agrícola pasa por el desarrollo de sistemas de gestión y valorización integral de estos recursos a nivel local, bien para aprovechamiento como materia prima para la industria del tablero o como fuente de bioenergía. Tomando en cuenta esta situación de partida, esta tesis tiene como principal objetivo desarrollar un análisis de valorización integral de la biomasa leñosa en condiciones mediterráneas a lo largo del gradiente altitudinal en el ejemplo territorial de la Comunidad Valenciana (España), integrando una especie forestal representativa (Quercus ilex L.), un cultivo energético de futuro (Paulownia spp.) y los tres cultivos leñosos agrícolas más importantes a nivel regional (Citrus sinensis, Olea europaea y Prunus amygdalus). Para alcanzar este objetivo, el trabajo de investigación se centra en la caracterización de las propiedades morfológicas, físicas, químicas y energéticas de la biomasa leñosa procedente del aprovechamiento de estas especies. En base a un muestreo representativo los resultados a obtener sirven para poder determinar de forma cuantitativa y cualitativa las aptitudes y limitaciones que estos tipos de biomasa presentan en el sector energético como biocombustible sólidos y en el sector de la industria del tablero como materia prima para tableros de partículas. / Fernández Puratich, HW. (2013). VALORIZACIÓN INTEGRAL DE LA BIOMASA LEÑOSA AGROFORESTAL A LO LARGO DEL GRADIENTE ALTITUDINAL EN CONDICIONES MEDITERRÁNEAS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19133

En los últimos años se han incrementado de manera notable los gases responsables del efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global del planeta. Este aumento está estrechamente relacionado con el consumo de materias procedentes de recursos fósiles, es decir, de naturaleza no renovable. La presente tesis doctoral se ha centrado en el diseño de rutas sostenibles para obtener compuestos de interés para la industria a partir de materias primas derivadas de biomasa. La tesis doctoral se divide en dos capítulos según la finalidad del producto obtenido: compuestos útiles para la industria de química fina o biocarburantes. En el primer capítulo se ha abordado la síntesis de mirtanal, un compuesto de interés en la industria de fragancias por sus propiedades odoríferas, a través de un proceso sostenible, eficiente y medioambiental y económicamente viable. Éste se basa en una reacción de transposición de un terpenoide en presencia de un catalizador sólido que se mantiene activo tras varios ciclos catalíticos. La segunda parte de la tesis doctoral se ha centrado en la producción de biocombustibles de segunda generación a partir de biomasa lignocelulósica. En concreto se han estudiado la tercera y la última etapa del ¿Proceso Sylvan¿, a partir del cual es posible obtener diesel. En la tercera etapa se hace reaccionar 2-metilfurano (nombre común en inglés: Sylvan) para sintetizar un precursor con un número adecuado de átomos de carbono. En el último paso este precursor es hidrodesoxigenado completamente sin perder ningún átomo de carbono. El compuesto final es un carburante diesel de alta calidad. Finalmente, se ha planteado una posible integración del proceso en una planta de fabricación de fibras de celulosa. / De La Torre Alfaro, O. (2013). Transformación de biomasa en productos de química fina y biocarburantes mediante procesos sostenibles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31378

[EN] In the framework of a sustainable bio-based economy, this doctoral thesis aims to stimulate sustainable forest management by providing scientific information and guidelines tending to plan and mobilizate bioenergy resources from Mediterranean forests, protect forest ecosystems from forest fires, optimize the carbon balances of the entire bioenergy value chain and finally, contribute to the rural development through employment and richness creation in the renewable energy sector. To achieve these goals, the general objective of this research is to analyse and develop an integral management, planning, logistics and energy valuation model for the forest biomass residues available in the Valencian Province. For that purpose, forest and agricultural crops data in the Valencian Province have been analised by using Geographical Information Systems (GIS) and applying selection and sustainable harvesting criteria. Biomass quantity and real available biomass residues have been estimated. Based on a sustainable management, planning, logistics, transformation and biomass use model, eight bioenergy districts have been identified at a supramunicipal level. Representative forest plots have been selected and two harvesting systems, the integrated system (separated use of logs and forest residues) and the whole tree system, have been tested. Subsequently, productivity, costs, environmental impact, carbon emissions and energy balances have been compared and the quality of the obtained chips has been analysed according to European quality norms. In addition, a pilot pellet plant at a laboratory scale has been designed and started and pellets have been fabricated. Finally, pellet quality and influencing variables such as species, tree fraction of the chips and bark presence have been studied together with the maximum amount of bark that quality pellets can tolerate. It has been estimated 28t/ha of residual biomass for the Valencian Province. A total of eight bioenergy districts have been identified, which could provide a in which a sustained supply of high quality biomass. Representative forest plots are those with a pole stage of Pinus halepensis with a canopy cover estimated in between 40-69% at altitudes around 600 m above the sea level, east-southwest dominating aspects and 15% of average slope. The integrated system has proven to be the most suitable for harvesting Pinus halepensis in a pole stage in the Valencian Province due to a higher harvesting productivity, which in turn means lower fuel consumption, lower total costs, higher economic and financial profitability due to the higher value of log woodchips in the market, lower environmental impact due to the need of less manoeuvrability forwarder space with the integrated systems and a lower number of cycles, slightly lower emissions thanks to a lower fuel consumption and finally, a slightly higher energy balance, with an energy contained in biomass that is around ten times the energy necessary for the biomass mobilization and use. In conclusion, it is possible to obtain high quality woodchips from these two harvesting systems (integrated and whole tree system) when moisture and ash content are properly monitored. It is also possible to obtain high quality pellets from barked and debarked logs as well as from branches. This implies that the abundant forest biomass residues in the Valencian Province can be transformed into high added value solid biofuels. / [ES] En el marco del desarrollo de una bioeconomía sostenible, esta tesis doctoral pretende estimular la gestión forestal sostenible orientada a la ordenación y movilización de los recursos bioenergéticos de los montes mediterráneos, proteger los ecosistemas forestales frente a los incendios forestales, optimizar los balances de carbono en la cadena de valor de la bioenergía forestal y, finalmente, contribuir al desarrollo rural mediante la generación de empleo y riqueza en el sector de las energías renovables. Para alcanzar estos retos, el objetivo general de la investigación es el análisis y el desarrollo de un modelo integral de gestión, planificación, aprovisionamiento y valorización energética de la biomasa forestal residual de la Provincia de Valencia. Para ello, se ha analizado el territorio de la Provincia de Valencia a partir de información forestal y agrícola recogida en distintas bases de datos mediante la aplicación de Sistemas de Información Geográfica (SIG) y de criterios de selección y aprovechamiento sostenible. Se ha estimado la cantidad de biomasa agroforestal residual existente y aprovechable. Se han definido e identificado distritos bioenergéticos en base a un modelo sostenible de gestión, aprovisionamiento, transformación y uso de la biomasa a escala supramunicipal. Se han seleccionado parcelas forestales representativas y en ellas se han llevado a cabo aprovechamientos experimentales de biomasa mediante el sistema de aprovechamiento integrado (aprovechamiento separado de fuste y residuos forestales) y el sistema de árbol completo. A continuación, se han comparado rendimientos, productividad, costes, rentabilidad, impacto ambiental, emisiones de carbono y balances energéticos de ambos sistemas. Posteriormente, a partir del material recogido se ha analizado la calidad de las astillas según la normativa de calidad europea. En paralelo, se ha diseñado y puesto en marcha una planta piloto a escala de laboratorio para la fabricación de pellets a partir de astillas obtenidas en campo. Por último, se ha analizado la calidad de los pellets y se ha estudiado la influencia de factores como la especie, la fracción del árbol y la presencia de corteza sobre las variables de calidad, estableciendo los límites máximos tolerables de corteza para la producción de pellets de calidad. Como resultados, se ha estimado que en la Provincia de Valencia la cantidad de biomasa residual aprovechable es de en torno a 28t/ha, identificándose ocho distritos bioenergéticos en que se podría dar un suministro sostenido en cantidad y calidad de biomasa en base a sus propios recursos agroforestales. Las parcelas representativas de las masas dominantes pertenecen al estrato Pinus halepensis en estado de latizal-fustal con una fracción de cabida cubierta de entre el 40-69%, situadas a altitudes medias de 600 m sobre el nivel del mar, con orientaciones dominantes este-suroeste y pendientes medias en torno al 15%. El sistema de aprovechamiento integrado ha resultado ser el más adecuado para el aprovechamiento de estas masas debido a un mayor rendimiento en el desembosque que se traduce en menores consumos de combustible, menores costes totales, mayor rentabilidad económica y financiera, un menor impacto ambiental, emisiones ligeramente menores en el sistema integrado frente al completo y un balance energético algo superior, siendo la energía contenida en la biomasa, en ambos casos, diez veces superior respecto a la que se necesita para su aprovechamiento. Se concluye que es posible obtener astillas de calidad procedente de estos sistemas de aprovechamiento biomásico (fustes y árbol completo) siempre que se controle la humedad y el contenido en cenizas y que es posible obtener pellets de alta calidad a partir de fustes descortezados y sin descortezar, así como de su fracción de ramas, lo que implica que los abundantes recursos biomásicos en la Provincia de Valencia pueden ser transformados en / [CA] En el marc del desenvolupament d'una bioeconomia sostenible, aquesta tesis doctoral pretén estimular la gestió forestal sostenible orientada a l'ordenació i movilització dels recursos bioenergètics dels forets mediterranis, protegir els ecosistemes forestals front als incendis forestals, optimitzar els balanços de carboni en la cadena de valor de la bioenergia forestal i, finalment, contribuir al desenvolupament rural mitjançant la generació de treball i riquesa en el sector de les energies renovables. Per a assolir aquests reptes, l'objectiu general de la investigació és l'anàlisis i el desenvolupament d'un model integral de gestió, planificació, aprovisionament i valorització energètica de la biomasa forestal residual de la Provincia de València. Per a fer açò possible, s'ha analitzat el territori de la Provincia de València a partir d'informació forestal i agrícola recollida en distintes bases de dades mitjançant l'aplicació de Sistemes d'Informació Geogràfica (SIG) i de criteris de selecció i d'aprofitament sostenible. S'ha estimat la quantitat de biomasa agroforestal residual existent i aprofitable. S'han definit e identificat districtes bioenergètics en base a un model sostenible de gestió, aprovisionament, transformació i ús de la biomasa a escala supramunicipal. S'han seleccionat parcel·les forestals representatives i en elles s'han dut a terme aprofitaments experimentals de biomasa mitjançant el sistema integrat (aprofitament per separat de canó i de residus forestals) i el sistema d'arbre complet. A continuació, s'han comparat ambdós sistemes pel que fa a rendiments, productivitat, costs, impacte ambiental, emissions de carboni i balanços energètics. Posteriorment, a partir del material recollit s'ha estudiat la qualitat de les estelles generades amb els aprofitaments segons la normativa de qualitat europea. En paralel, s'ha disenyat i posat en marxa una planta pilot a escala de laboratori per a l'elaboració de pellets a partir de les estelles obtingudes de camp. Per últim, s'ha analitzat la qualitat dels pellets i s'ha estudiat la influència de factors com l'espècie, la fracció de l'arbre i la presencia d'escorça sobre les variables de qualitat establint els límits màxims tolerables d'escorça per a la producció de pellets de qualitat. Com resultats, s'ha estimat que en la Provincia de València la quantitat de biomasa residual aprofitable és d'al voltant de 28t/ha, identificant-se huit districtes bioenergètics en els que es podria donar un sumisitre sostingut en quantitat i en qualitat de biomasa en base als seus propis recursos agroforestals. Les parceles representatives de les mases dominants perteneixen al estrate Pinus halepensis en estat de perxada amb una desnitat de recobriment de entre el 40-69%, situades a altituds mitjanes de 600 m sobre el nivell del mar, amb orientacions dominants est-suroest i pendents mitjanes al voltant del 15%. El sistema d'aprofitament integrat ha resultat ser el més adequat per a l'aprofitament d'estes mases dominants debut a un major rendiment en el desembosc que se tradueix en menors consums de combustible, menors costs totals, major rentabilitat econòmica i financiera, un menor impacte ambiental, unes emissions lleugerament menors del sistema integrat front al complet per menor consum de combustibles i un balanç energètic lleugérament superior, siguent l'energia continguda en la biomasa per a amdós sistemes deu voltes superior respecte a la que es necessita per a la seua mobilització i aprofitament. Se conclou que és possible obtindre estelles de qualitat procedent d'aquests sistemes d'aprofitament biomàsic (canó i arbre complet) sempre que se controle la humitat i el contigut de cendres i que és possible obtindre pellets d'alta qualitat a partir de canons descorçats i amb escorça, així com de la seua fracció de rames, el que implica que els abundants recursos biomàsics de la Provincia de València poden ser / Lerma Arce, V. (2015). Planificación, logística y valorización de biomasa forestal residual en la provincia de Valencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52391

[EN] The main objective was aimed at determining the biomass production from water based on water relations, levels of water consumption of the species, and climate variables that affect the formation of biomass and soil present and specifically it focused on two forage crops which were Forage Oats (Avena sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne). The solution to the problem is based on AquaCrop model (FAO) Steduto et al, (2009) which was recently proposed for the determination of both biomass and agricultural production from water transpired by herbaceous species, this is gather scientific and technological advances on the effect of water in the estimation of crop production has been achieved in recent years. In the present research we have identified key variables AquaCrop model input for the two species mentioned, through field research conducted using the methodology gradient Hanks et al., (1980), and a new methodology proposal for determining water stress. A total of 18 major experiments were developed to generate the levels of biomass production of forage oats and ryegrass, determining 32 variables or parameters for each crop that requires the model to estimate the biomass produced by the forage and pasture. The experiments were conducted mainly during the years 2008-2013 in "Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA)" located in the savannah of Bogota (Colombia). For forage oats were developed five cycles and ryegrass crops three complete cycles, with seven, four and two cuts were made respectively. Based on the information provided in the field, forage oats and ryegrass crops were calibrated and validated for AquaCrop model reaching adjustments R2=0.92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17.67%, EF=0.91, d=0.97 for forage oat and R2=0.97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13.6%, EF=0.88, d=0.98 for ryegrass. Two synthetic crops were determined one for each specie, which are "prototypes" for estimating biomass by the water use in different conditions of crops. The total biomass was determined to forage oats at 22.2 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 27 t.ha-1 in the production environment of the savannah of Bogota. For ryegrass total biomass reached levels of up to 9 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 9,9 t.ha-1 for the period from planting to first cut, and 6 t.ha-1 for others cuts. The intrinsic water footprint for fodder oats was determined in 175 L.kg-1 and 442 ryegrass L.kg-1 and 431 L.Kg-1. As alternative outcomes that support the calibration and validation of the model is also obtained, determining reference evapotranspiration in the region, the curves of Kc, Kcb and Ke determining the intrinsic water footprint of the two species, the development of canopy cover over the phenological cycles of the species studied, the curves of soil moisture and biomass in response to six levels of irrigation and various planting and production functions of both species. The conservative parameters of forage oats and ryegrass crops were determined like a sample referenced parameters and local variables nonconservative of these species, which is globally in a significant advance in calibration and validation for AquaCrop model of forage crops. / [ES] El objetivo principal estuvo orientado a la determinación de la producción de biomasa a partir del agua con base en las relaciones hídricas, los niveles de consumo de agua de las especies, y las variables del clima que inciden en la formación de biomasa y el suelo presentes y se centró específicamente en dos cultivos forrajeros los cuales fueron Avena Forrajera (Avena sativa, L.) y Raigrás (Lolium perenne). La solución al problema se basa en el modelo AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el cual fue propuesto recientemente para la determinación tanto de la biomasa como de la producción agrícola a partir del agua transpirada por las especies herbáceas, en este se reúnen los avances científicos y tecnológicos que sobre el efecto del agua en la estimación de la producción de cultivos se ha logrado en los últimos años. En el presente trabajo de investigación se han determinado las principales variables de entrada al modelo AquaCrop, para las dos especies mencionadas, por medio de investigación de campo realizada con la metodología del gradiente de Hanks et al, (1980), y con una nueva metodología propuesta para la determinación del estrés hídrico. Se desarrollaron un total de 18 experimentos principales generando los niveles de producción de biomasa de avena forrajera y raigrás, determinando 32 variables o parámetros para cada uno de los cultivos que requiere el modelo para la estimación de la biomasa producida por las especies forrajeras y pastos. Los experimentos fueron realizados principalmente durante los años 2008 a 2013 en el Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA) ubicado en la Sabana de Bogotá (Colombia). Para avena forrajera se desarrollaron cinco ciclos del cultivo y para raigrás se hicieron tres ciclos completos con siete, cuatro y dos cortes respectivamente. Con base en la información establecida en campo se calibraron y validaron los cultivos de avena forrajera y raigrás para el modelo AquaCrop alcanzando ajustes de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, y d=0,97 para avena forrajera y de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, y d=0,98 para raigrás. Se determinaron dos cultivos sintéticos uno para cada especie, los cuales constituyen los "prototipos" que son el punto de partida para la estimación de la biomasa a partir del uso del agua en diferentes condiciones de los cultivos mencionados. La biomasa total para avena forrajera fue determinada en 22,2t.ha-1 en promedio con valores máximos que pueden llegar a alcanzar hasta 27t.ha-1 en el entorno productivo de la sabana de Bogotá. Para raigrás la biomasa total alcanzó niveles de hasta 9t.ha-1, para el período de siembra a primer corte, y de 6t.ha-1 para los cortes posteriores al primero. La huella hídrica intrínseca para avena forrajera fue determinada en 175L.kg-1 y para raigrás en 442L.kg-1 y 431L.Kg-1. Como resultados alternativos que fundamentan la calibración y validación del modelo se obtuvieron además, la determinación de la evapotranspiración de referencia de la región, las curvas de Kc, Kcb y Ke que determinan la huella hídrica de las dos especies, los desarrollos de las coberturas del dosel a través de los ciclos fenológicos de las especies estudiadas, las curvas de humedad del suelo y de biomasa en respuesta a seis niveles de riego y varias épocas de siembra y las funciones de producción de ambas especies. Se determinaron los parámetros conservativos de los cultivos de avena forrajera y raigrás, así como una muestra referenciada localmente de los parámetros y variables no conservativos de estas especies, lo que constituye a nivel mundial en un avance significativo en la calibración y validación del modelo AquaCrop para cultivos forrajeros. / [CA] L'objectiu principal va estar orientat a la determinació de la producció de biomassa a partir de l'aigua amb base en les relacions hídriques, els nivells de consum d'aigua de les espècies, i les variables del clima que incideixen en la formació de biomassa i el sòl presents i es va centrar específicament en dos cultius forrajeros els quals van ser Civada Forrajera (Avena sativa, L.) i Raigrás (Lolium perenne). La solució al problema es basa en el model AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el qual va ser proposat recentment per a la determinació tant de la biomassa com de la producció agrícola a partir de l'aigua transpirada per les espècies herbàcies, en aquest es reuneixen els avanços científics i tecnològics que sobre l'efecte de l'aigua en l'estimació de la producció de cultius s'ha aconseguit en els últims anys. En el present treball de recerca s'han determinat les principals variables d'entrada al model AquaCrop, per a les dues espècies esmentades, per mitjà de recerca de camp realitzada amb la metodologia del gradient d'Hanks et al, (1980), i amb una nova metodologia proposada per a la determinació de l'estrès hídric. Es van desenvolupar un total de 18 experiments principals generant els nivells de producció de biomassa de civada forrajera i raigrás, determinant 32 variables o paràmetres per a cadascun dels cultius que requereix el model per a l'estimació de la biomassa produïda per les espècies forrajeras i pastures. Els experiments van ser realitzats principalment durant els anys 2008 a 2013 en el Centre de Recerca Tibaitatá (CORPOICA) situat en la Sabana de Bogotà (Colòmbia). Per a civada forrajera es van desenvolupar cinc cicles del cultiu i per a raigrás es van fer tres cicles complets amb set, quatre i dues corts respectivament. Amb base en la informació establida en camp es van calibrar i van validar els cultius de civada forrajera i raigrás per al model AquaCrop aconseguint ajustos de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, i d=0,97 per a civada forrajera i de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, i d=0,98 per a raigrás. Es van determinar dos cultius sintètics un per a cada espècie, els quals constitueixen els "prototips" que són el punt de partida per a l'estimació de la biomassa a partir de l'ús de l'aigua en diferents condicions dels cultius esmentats. La biomassa total per a civada forrajera va ser determinada en 22,2t.ha-1 en mitjana amb valors màxims que poden arribar a aconseguir fins a 27t.ha-1 en l'entorn productiu de la sabana de Bogotà. Per a raigrás la biomassa total va aconseguir nivells de fins a 9t.ha-1, per al període de sembra a primer tall, i de 6t.ha-1 per als corts posteriors al primer. La petjada hídrica intrínseca per a civada forrajera va ser determinada en 175L.kg-1 i per a raigrás en 442L.kg-1 i 431L.kg-1. Com a resultats alternatius que fonamenten el calibratge i validació del model es van obtenir a més, la determinació de la evapotranspiración de referència de la regió, les corbes de Kc, Kcb i Ke que determinen la petjada hídrica de les dues espècies, els desenvolupaments de les cobertures del dosel a través dels cicles fenológicos de les espècies estudiades, les corbes d'humitat del sòl i de biomassa en resposta a sis nivells de reg i diverses èpoques de sembra i les funcions de producció d'ambdues espècies. Es van determinar els paràmetres conservatius dels cultius de civada forrajera i raigrás, així com una mostra referenciada localment dels paràmetres i variables no conservatius d'aquestes espècies, la qual cosa constitueix a nivell mundial en un avanç significatiu en el calibratge i validació del model AquaCrop per a cultius forrajeros. / Terán Chaves, CA. (2015). Determinación de la huella hídrica y modelación de la producción de biomasa de cultivos forrajeros a partir del agua en la Sabana de Bogotá (Colombia) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54133

[EN] In this work is presented the production of high added value chemicals and biofuels from platform molecules derived from biomass such as 5-hydroxymethylfurfural using heterogeneous catalysts. Firstly, it has been carried out the synthesis of precursors molecules of surfactant by acetalization of HMF with fatty alcohols. Optimization of the catalyst showed that the zeolite Beta modified with sodium through the ion exchange route was the best catalyst for carrying out both direct acetalization of HMF with fatty alcohols and transacetalisation of dimethyl acetal HMF with fatty alcohols, the latter giving excellent yields and selectivities. In a second part, a new class of anionic surfactants with the structure of the 5-alkoxymethylfuroate have been obtained by the etherification of HMF with fatty alcohols (C8, C12, C16, C18) using zeolite Beta as acid catalysts. The subsequent oxidation of the aldehyde group with Au/CeO2 allowed the synthesis of the 5-alkoxymethylfuranoics acid derivatives with high selectivity. It has been shown that the sodium salts of these acids exhibit surfactant properties very similar to conventional surfactants. The synthesis of furan chalcones with pharmacological properties was performed through the Claisen-Schmidt condensation reaction between HMF and acetophenones in the presence of different heterogeneous basic catalysts. It has been shown that the control of polarity of the reaction medium is critical to reach both excellent yields and selectivities towards furanochalcones. The most active and selective catalyst was an Al/Mg mixed oxide working in ethanol-water as a solvent, exhibiting better catalytic properties than conventional homogeneous basic catalysts. Finally, biofuels of second generation have been synthesized from HMF and aromatic hydrocarbons in a two-step process. Firstly it has been carried out the alkylation of aromatic hydrocarbons with HMF in the presence of different heterogeneous acid catalysts. In a second step, the alkylated compounds were transformed into hydrocarbon biofuels through a hydrodeoxygenation process. ITQ-2 and USY zeolites were the most suitable catalysts for the alkylation of aromatic hydrocarbons with HMF catalysts. The 5-benzylfurfural derivatives thus obtained were submitted to a hydrodeoxygenation process using a mixture of Pt/C and Pt/TiO2 as catalyst, resulting in a mixture of alkyl cycloalkanes. It has been shown that this alkylation-hydrodeoxygenation process gives a mixture of hydrocarbons in the range of diesel and kerosene which may be used as high quality additives for these fuels. / [ES] En esta Tesis Doctoral se presenta la obtención de productos químicos de alto valor añadido y biocombustibles a partir de materias primas derivadas de la biomasa, concretamente del 5-Hidroximetilfurfural, mediante catalizadores heterogéneos. Se ha llevado a cabo la síntesis de precursores de moléculas con propiedades surfactantes mediante la acetalización de HMF con alcoholes grasos. La optimización del catalizador mostró que la zeolita Beta modificada por intercambio iónico con sodio era el mejor catalizador para llevar a cabo tanto la acetalización directa del HMF con alcoholes grasos, como la transacetalización del dimetilacetal del HMF con alcoholes grasos, obteniéndose en este último caso excelentes rendimientos y selectividades. Además, se ha obtenido una nueva clase de surfactantes aniónicos con estructura 5-alcoximetilfuroato mediante eterificación del HMF con alcoholes grasos (C8, C12, C16, C18), utilizando zeolitas Beta como catalizadores ácidos y posterior oxidación del grupo aldehído con Au/CeO2, obteniéndose así derivados de ácidos 5-alcoximetilfuranoicos con alta selectividad. Se ha mostrado que las sales sódicas de estos ácidos poseen una capacidad tensioactiva muy similar a la de los tensioactivos convencionales. Se ha realizado la síntesis de furanochalconas con propiedades farmacológicas, mediante la condensación de Claisen-Schmidt entre HMF y acetofenona en presencia de diferentes catalizadores básicos heterogéneos. Se ha mostrado que el control de la polaridad del medio de reacción es decisivo para obtener excelentes rendimientos y selectividades a furanochalconas. El catalizador más activo y selectivo ha resultado ser un óxido mixto de Al/Mg, el cual posee propiedades catalíticas superiores a los catalizadores básicos homogéneos convencionales. Finalmente, a partir de HMF e hidrocarburos aromáticos se han sintetizado compuestos de interés como biocombustibles de segunda generación. Concretamente, se ha llevado a cabo la alquilación de hidrocarburos aromáticos con HMF en presencia de diferentes catalizadores ácidos heterogéneos. En una segunda etapa, mediante un proceso de hidrodesoxigenación, los compuestos alquilados son transformados en biocombustibles hidrocarbonados. Las zeolitas ITQ-2 y USY resultaron ser los catalizadores más adecuados para la alquilación de hidrocarburos aromáticos con HMF. Los derivados 5-bencilfurfural así obtenidos, se sometieron a un proceso de hidrodesoxigenación utilizando como catalizador una mezcla de Pt/C y Pt/TiO2 dando lugar a una mezcla de alquil cicloalcanos. Se ha mostrado que mediante este proceso de alquilación-hidrodesoxigenación es posible obtener una mezcla de hidrocarburos que se encuentran en el rango de diésel y queroseno, que pueden ser utilizados como aditivos de alta calidad de estos combustibles. / [CA] En aquesta Tesi Doctoral es presenta l'obtenció de productes químics d'alt valor afegit i biocombustibles a partir de matèries primes derivades de la biomassa, concretament del 5-Hidroximetilfurfural, mitjançant catalitzadors heterogenis. S'ha dut a terme la síntesi de precursors de molècules amb propietats surfactants mitjançant l'acetalització de HMF amb alcohols grassos. L'optimització del catalitzador va mostrar que la zeolita Beta modificada per intercanvi iònic amb sodi era el millor catalitzador per dur a terme tant l'acetalització directa del HMF amb alcohols grassos, com la transacetalització del dimetilacetal del HMF amb alcohols grassos, obtenint-se en aquest últim cas excel¿lents rendiments i selectivitats. A més, s'ha obtingut una nova classe de surfactants aniònics amb estructura 5-alcoximetilfuroat mitjançant eterificació del HMF amb alcohols grassos (C8, C12, C16, C18), utilitzant zeolites Beta com a catalitzadors àcids i posterior oxidació del grup aldehid amb Au/CeO2, obtenint així derivats d'àcids 5-alcoximetilfuranoics amb alta selectivitat. S'ha mostrat que les sals sòdiques d'aquests àcids tenen una capacitat tensioactiva molt similar a la dels tensioactius convencionals. S'ha realitzat la síntesi de furanochalcones amb propietats farmacològiques, mitjançant la condensació de Claisen-Schmitd entre HMF i acetofenona en presència de diferents catalitzadors bàsics heterogenis. S'ha mostrat que el control de la polaritat del medi de reacció és decisiu per obtenir excel¿lents rendiments i selectivitats a furanochalcones. El catalitzador més actiu i selectiu ha resultat ser un òxid mixt d'alumini i magnesi, el qual posseeix propietats catalítiques superiors als catalitzadors bàsics homogenis convencionals. Finalment, a partir de HMF i hidrocarburs aromàtics s'han sintetitzat compostos d'interès com a biocombustibles de segona generació. Concretament, s'ha dut a terme l'alquilació d'hidrocarburs aromàtics amb HMF en presència de diferents catalitzadors àcids heterogenis. En una segona etapa, mitjançant un procés de hidrodesoxigenació, els compostos d'alquilació són transformats en biocombustibles hidrocarbonats. Les zeolites ITQ-2 i USY resultar ser els catalitzadors més adequats per a l'alquilació d'hidrocarburs aromàtics amb HMF. Els derivats 5-bencilfurfural així obtinguts, es van sotmetre a un procés de hidrodesoxigenació utilitzant com a catalitzador una combinació de Pt/C i Pt/TiO2 donant lloc a una mescla d'alquil cicloalcans. S'ha mostrat que mitjançant aquest procés d'alquilació-hidrodesoxigenació és possible obtenir una mescla d'hidrocarburs que es troben en el rang de dièsel i querosè, que poden ser utilitzats com a additius d'alta qualitat d'aquests combustibles. / Arias Carrascal, KS. (2016). Obtención de productos químicos y biocombustibles a partir de la Biomasa: Transformación de 5-Hidroximetilfurfural mediante catalizadores heterogéneos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62782

In this Doctoral Thesis we present the valorization of raw materials derived from biomass, specifically ethyl levulinate and 5-hydroxymethylfurfural, by reductive amination with primary amines, using heterogeneous catalysts based on supported metallic nanoparticles and hydrogen as reducing agent. For this, multifunctional heterogeneous catalysts based on nanoparticles of different metals (Pt, Pd and Ru) supported on different materials have been prepared and characterized. The most important results collected in this work can be divided into three parts: A) Synthesis of 2-pyrrolidones by reductive amination of ethyl levulinate with different amines, using hydrogen as a reducing agent and in the absence of solvent. The process presents a first step in which the formation of an intermediate imine takes place, followed by the hydrogenation of the C=N double bond and cyclization to 2-pyrrolidones. The results showed that the catalyst 0.2%Pt/TiO2 (dec), in which the Pt nanoparticles are decorated with TiOx species from the support, is a very active and chemoselective catalyst to carry out this process, being possible to achieve excellent results In terms of conversions and selectivities to the corresponding pyrrolidones, even in the presence of groups capable of being hydrogenated. B) Synthesis of pyrrolidones by reductive amination of ethyl levulinate and different nitro compounds through a cascade process through reductive amination. A catalyst was developed based on Pt nanoparticles supported on titanium dioxide nanotubes (0.2%Pt/TiO2-NT (dec)) capable of catalyzing the hydrogenation of the nitro group and RA with high chemoselectivity. In addition, through in situ infrared studies, kinetic and mechanistic aspects of the course of the reaction were studied to determine which were the active centers that act in the process. C) Synthesis of N-substituted 5-hydroxymethyl-2-furfurylamines derivatives by reductive amination of HMF with different amines. Catalysts based on carbon-supported Pd nanoparticles (5%Pd/CA) were used. In this case, good results were also obtained for obtaining furfurylamines derivatives. / En la presente Tesis Doctoral se presenta la valorización de materias primas derivadas de la biomasa, concretamente del levulinato de etilo y del 5-hidroximetilfurfural, mediante aminación reductiva con aminas primarias, utilizando catalizadores heterogéneos basados en nanopartículas metálicas soportadas e hidrógeno como agente reductor. Para ello, se han preparado y caracterizado catalizadores heterogéneos multifuncionales basados en nanopartículas de distintos metales (Pt, Pd y Ru) soportados sobre materiales de diversa naturaleza. Los resultados más importantes recogidos en este trabajo se pueden diferenciar en tres partes: A) Síntesis de 2-pirrolidonas mediante aminación reductiva de levulinato de etilo con diferentes aminas, utilizando hidrógeno como agente reductor y en ausencia de disolvente. El proceso presenta una primera etapa en la que tiene lugar la formación de una imina intermedia, seguida de la hidrogenación del doble enlace C=N y ciclación a 2-pirrolidonas. Los resultados mostraron que el catalizador 0.2%Pt/TiO2 (dec), en el cual los cristales de Pt están decorados con especies TiOx procedentes del soporte, es un catalizador muy activo y quimioselectivo para llevar a cabo este proceso, siendo posible alcanzar excelentes resultados en cuanto a conversiones y selectividades a las correspondientes pirrolidonas, incluso en presencia de grupos susceptibles de ser hidrogenados. B) Síntesis de pirrolidonas mediante aminación reductiva de levulinato de etilo y diferentes nitrocompuestos a través de un proceso en cascada mediante aminación reductiva. Se desarrolló un catalizador basado en nanopartículas de Pt soportadas sobre nanotubos de dióxido de titanio (0.2%Pt/TiO2-NT (dec)) capaz de catalizar con gran quimioselectividad la hidrogenación del grupo nitro y la AR. Además, a través de estudios de infrarrojo "in situ", se estudiaron aspectos cinéticos y mecanísticos del trascurso de la reacción, para determinar cuáles eran los centros activos que actúan en el proceso. C) Síntesis de derivados de 5-hidroximetil-2-furfurilaminas-N-sustituidas mediante aminación reductiva de HMF con diferentes aminas. Se utilizaron catalizadores basados en nanopartículas de Pd soportadas sobre carbono (5%Pd/CA). En este caso, también se obtuvieron buenos resultados para la obtención de derivados de furfurilaminas. / En la present tesi doctoral es presenta la valorització de matèries primeres derivades de la biomassa, concretament del levulinat d'etil i del 5-hidroximetilfurfural, mitjançant aminació reductiva amb amines primàries, utilitzant catalitzadors heterogenis basats en nanopartícules metàl·liques suportades i hidrogen com a agent reductor. Per això, s'han preparat i caracteritzat catalitzadors heterogenis multifuncionals basats en nanopartícules de diferents metalls (Pt, Pd i Ru) suportats sobre materials de diversa naturalesa. Els resultats més importants recollits en aquest treball es poden desglossar en tres parts: A) Síntesi de 2-pirrolidones mitjançant aminació reductiva de levulinat d'etil amb diferents amines, utilitzant hidrogen com a agent reductor i en absència de dissolvent. El procés presenta una primera etapa on té lloc la formació d'una imina intermèdia, seguida de la hidrogenació del doble enllaç C = N i ciclació a 2-pirrolidones. Els resultats van mostrar que el catalitzador 0.2%Pt/TiO2 (dec), en el qual els cristalls de Pt estan decorats amb espècies TiOx procedents del suport, és un catalitzador molt actiu i quimioselectiu per dur a terme aquest procés. D'aquesta forma es pot aconseguir excel·lents resultats pel que fa a conversions i selectivitats a les corresponents pirrolidones, fins i tot en presència de grups susceptibles de ser hidrogenats. B) Síntesi de pirrolidones mitjançant aminació reductiva de levulinat d'etil i diferents nitrocompostos a través d'un procés en tàndem mitjançant aminació reductiva. Es va desenvolupar un catalitzador basat en nanoparticulas de Pt suportades sobre nanotubs de diòxid de titani (0.2%Pt/TiO2-NT (dec)) capaç de catalitzar amb gran quimioselectivitat la hidrogenació del grup nitro i l'aminació reductiva. A través d'estudis d'infraroig "in situ", es van estudiar aspectes cinètics i mecanístics del transcurs de la reacció, per determinar quins eren els centres actius que actuen en el procés. C) Síntesi de derivats de 5-hidroximetil-2-furfurilaminas-N-substituïts mitjançant aminació reductiva de HMF amb diferents amines. Es van utilitzar catalitzadors basats en nanopartícules de Pd suportades sobre carboni (5%Pd/CA). En aquest cas, també es van obtenir bons resultats per a l'obtenció de derivats de furfurilamines. / Vidal Castro, JD. (2017). VALORACIÓN DE MOLÉCULAS PLATAFORMA DERIVADAS DE BIOMASA MEDIANTE AMINACIÓN REDUCTIVA UTILIZANDO NANOPARTÍCULAS METÁLICAS COMO CATALIZADORES HETEROGÉNEOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90466